تجهیزات صنعتی

 مخازن ذخیره سازی ساخته شده از پلی اتیلن و پلی پروپیلن

مخازن و ظروف ساخته شده از پلی پروپیلن، پلی اتیلن، پلی استایرن، پلی تترا فلوئورواتیلن، پلی آمید و غیره هر یک مزایا و معایب منحصر به فرد خود را در کاربردهای مختلف دارا می باشند. ترموپلاستیک های آمورف و نیمه کریستالی دو فاز و همچنین مخازن فایبرگلاس (ساخته شده از مواد کامپوزیت پلیمری) شامل مخازن ترموپلاستیکی تقویت شده با شیشه است که هم از نظر ساختار (اندازه ذرات) و هم از نظر طراحی (مخازن ساخته شده از دو لایه)- طیف وسیعی از محصولات ساخته شده از پلاستیک های ساختاری (پلاستیک های مصنوعی مبتنی بر ترکیبات کربن-هیدروژن - پلیمرها و کامپوزیت های مبتنی بر آنها)- با یک هدف مشترک یعنی ذخیره سازی (انباشت و / یا توزیع مجدد) مواد مایع، گازی متحد شده اند.

استفاده از مواد کامپوزیت پلیمری برای ساخت مخازن با ظرفیت‌ها و اهداف مختلف و به‌ویژه برای مخازن به‌جای فلز سنتی، بتن مسلح، به دلیل بسته‌بندی منحصربه‌فرد ویژگی‌های عملکردی پلاستیک‌های مصنوعی و امکان‌سنجی اقتصادی است.

مخازن پلی پروپیلن و مخازن پلی اتیلن ​​و مخازن ساخته شده از مواد کامپوزیت پلیمری (مخازن ترموپلاستیکی  تقویت شده با الیاف شیشه)، با استحکام ساختاری قابل مقایسه با فلزات، دارای جرم کمتر، دارای قابلیت میرایی، قابلیت کار در خلاء فنی، در شرایط فعال شیمیایی، محیط های کمی تهاجمی و بی اثر، در شرایط برودتی و دماهای بالا می باشند.

محدودیت های مقاومت کششی برای فولاد سازه ای و انواع پلیمرها:

فولاد سازه: 380-420 کوتاه مدت σ p (1 دقیقه)

پلیمرهای لاستیکی نرم: 3- 10کوتاه مدت σ p (1 دقیقه)، 0.3-20 σ بلند مدت (1 سال)

پلیمرهای لاستیکی سفت و سخت: 30-50 3-10 σ بلند مدت (1 سال)

الاستومرهای پر شده (لاستیک): 100-200 کوتاه مدت σ p (1 دقیقه)،  20-30 σ بلند مدت (1 سال)

پلیمرهای جامد (پلاستیک): 100-200 کوتاه مدت σ p (1 دقیقه)، 20-40 σ بلند مدت (1 سال)

پلیمرهای جهت دار (الیاف): 500-1000 کوتاه مدت σ p (1 دقیقه)، 100-300 σ بلند مدت (1 سال)

مخزن پلی اتیلن، مخزن پلی پروپیلن، مخزن فایبرگلاس دارای هدایت حرارتی کمتر و ظرفیت حرارتی بالاتری نسبت به مخازن و ظروف فلزی هستند.

هدایت حرارتی و ظرفیت حرارتی جامدات و پلیمرها:

فلز مس: 3.8•10² λ، J/(m*s*K)،       0.39 ظرفیت گرمایی، Sr، J/kg*K

آهن: 0.55•10² هدایت حرارتی، λ، J/(m*s*K) ،0.46 ظرفیت گرمایی، Sr، J/kg*K

لیوان ( مواد غیر آلی): 0.82 هدایت حرارتی، λ، J/(m*s*K) ، 0.84 ظرفیت گرمایی، Sr، J/kg*K

پلیمرها 0.1-0.35 هدایت حرارتی، λ، J/(m*s*K) ،1.25-2.10 ظرفیت گرمایی، Sr، J/kg*K

نکته مهم: ضریب هدایت حرارتی پلیمرهای آمورف و نیمه کریستالی در شرایط دمای ثابت به صورت خطی متناسب با افزایش فشار افزایش می یابد که با افزایش فشار با کاهش حجم آزاد در ساختار پلیمرها همراه است. بنابراین، مخازن ساخته شده از مواد پلی پروپیلن، پلی اتیلن و تا حدی فایبرگلاس باید با در نظر گرفتن این وابستگی طراحی شوند.

مرجع: پلاستیک های مصنوعی مشتق از ترکیبات کربن-هیدروژن توده های پلاستیکی حاوی ترکیبی از یک پلیمر (یا الیگومر) با مواد اصلاح کننده مختلف است که در حین کار حالت شیشه ای یا کریستالی دارد) به طور مشروط الگوهای مختلفی از تغییرات حالت را تشکیل می دهند.

الاستومرها (پلیمرهای لاستیکی مانند) به دلیل استحکام کم، برای ساخت ظروف یا مخازن استفاده نمی شوند. به نوبه خود، ترموپلاستیک ها (پلیمرهای ترموست) پس از سرد شدن شکننده هستند، و همچنین دارای انقباض بزرگ (تا 10-15٪ حجمی) هستند، که استفاده از آنها را به شکل خالص از نظر فنی غیرعملی می کند، اگرچه پلیمرهای ترموست هنوز هم بخش اصلی هستند.

پلیمرهای ترموپلاستیک آمورف و کریستالی و در واقع - پلی استرهای نیمه کریستالی (پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی بوتیلن)، فلوروپلاستیک های مبتنی بر پلی تترا فلوئورواتیلن، پلی فرمالدئید، پلی آمیدهای آلیفاتیک، پلی‌وینیل‌های تا حدی بی‌شکل بر پایه پلی‌وینیل‌ها مخلوط پلیمرها و کوپلیمرهای پیوندی هنوز از نظر خواص بهترین پلاستیک های مصنوعی ساختاری هستند. به نوبه خود در مقایسه با ترموپلاستیک های نیمه آمورف و دو فاز، ترموپلاستیک های نیمه کریستالی دارای سختی، نقطه ذوب، مدول یانگ کمتر، اما استحکام ضربه، مقاومت حرارتی و ازدیاد طول نسبی در هنگام انبساط حرارتی هستند که ساخت بهتر آنها را تعیین می کند.

در عین حال، مقادیر بالای انبساط حرارتی، به ویژه انبساط خطی، مشکل اصلی همه ترموپلاستیک ها باقی می ماند، به همین دلیل است که در واقع، محصولات ساخته شده از مواد کامپوزیت پلیمری، که دارای انبساط حرارتی کمی همراه با ساختاری بالا هستند؛ امروزه از نظر قدرت در اوج محبوبیت هستند.

ضرایب انبساط خطی مواد مختلف:

مواد     ضریب انبساط حرارتی خطی، α •10 4 ، K -1

آلومینیوم: 0.24 α •10 4 ، K -1

فولاد: 0.11 α •10 4 ، K -1

لیوان (مواد غیر آلی): 0.04-0.09 α •10 4 ، K -1

پلاستیک ها: 0.7-1.2 α •10 4 ، K -1

الاستومرها: 1.2-2.3 α •10 4 ، K -1

نسبت استفاده از مواد (نسبت جرم محصول نهایی به جرم مواد مورد استفاده) در ساخت ظرف ساخته شده از پلی پروپیلن یا پلی اتیلن 0.85-0.95 است، مخازن فایبرگلاس کمتر از 0.75-0.9 است. در حالی که ضریب استفاده از مواد در ساخت مخازن فلزی 0.5-0.6 است و پیچیدگی فرآیند ساخت مخزن پلی پروپیلن یا پلی اتیلن 5...6 برابر کمتر از شدت کار مخزن با پارامترهای مشابه ساخته شده از فلز، و 10 ... 11 برابر کمتر از بتن مسلح می باشد.

هنگام ساخت مخازن فولادی، میزان خوردگی عناصر مخزن در نظر گرفته می شود، مخازن ساخته شده از پلی پروپیلن، پلی اتیلن، فایبرگلاس نسبت به محیط های خنثی و کمی تهاجمی بی اثر هستند.

قیمت مخزن پلی پروپیلن، پلی اتیلن، و همچنین مخزن فایبرگلاس 4 ... 9 برابر کمتر از قیمت یک ظرف ساخته شده از فلز است.

مرجع: انتخاب یک پلیمر در ساخت یک مخزن نه تنها تحت تأثیر ساختار و ویژگی های اساسی آن است، بلکه تحت تأثیر هزینه مواد و هزینه عملیات حرارتی نیز قرار دارد که یک مرحله اجباری در ساخت است. هر محصول از پلیمرها به طور کلی اجازه می دهد تا چگالی و سختی، وزن مولکولی، استحکام کششی در کشش / فشار و مقاومت ضربه، مقاومت در برابر سایش و پایداری شکل هندسی محصول را در طول دوره عملیاتی افزایش دهد.

پلیمرهای گران قیمت عبارتند از پلی فرمالدئید، پلی آمیدها، فلوروپلاستیک های مبتنی بر پلی تترا فلوئورواتیلن، و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه پلی استرهای ترموپلاستیک (پلی اتیلن، پلی پروپیلن) هستند. گرانترین عملیات حرارتی محصولات پلیمری (از نظر منابع انرژی و شدت کار) سخت شدن (حرارت دادن محصول تا 80-90 درصد نقطه ذوب پلیمر و به دنبال آن خنک شدن در آب سرد (درجه حرارت 5-8 درجه سانتیگراد) است و سپس تلطیف در افزایش امکان اقتصادی (گرمایش محصول در اتمسفر بی اثر تا دمای کمتر از نقطه بحرانی پلیمر (برای پلی پروپیلن 60-65 درجه سانتیگراد) با قرار گرفتن در معرض و متعاقب آن خنک شدن آهسته انجام می شود) است.

ظروف پلی اتیلن

در حال حاضر، در ایران و خارج از کشور، انواع مخازن پلی اتیلن به شرح زیر تولید می شود: مخازن ساخته شده از پلی اتیلن پرفشار (LDPE) (یا پلی اتیلن با چگالی کم)، به دست آمده در فشار 100 تا 300 مگاپاسکال و دمای حدود 160 درجه سانتیگراد.

مخازن ساخته شده از پلی اتیلن فشار متوسط ​​(MDPE) (یا پلی اتیلن با چگالی متوسط) با پلیمریزاسیون در یک محیط رقیق کننده با فشار 3.5 تا 4.0 مگاپاسکال و دمای 125 ... 150 درجه سانتیگراد.

 مخازن ساخته شده از پلی اتیلن کم فشار (HDPE) (یا پلی اتیلن با چگالی بالا) با پلیمریزاسیون در یک حلال آلی در فشار حداکثر 0.5 مگاپاسکال و دمای 80 درجه سانتیگراد.

علیرغم این واقعیت که LDPE، LDPE یا HDPE از یک مونومر به دست می آیند، این مواد در واقع خواص متفاوتی دارند که در نهایت به مخازن پلی اتیلن واگذار می شود.

خواص  پلی اتیلن:

ü     LDPE

درجه بلورینگی %: 55

چگالی، g/cm³: 0.91-0.92

نقطه ذوب، درجه سانتیگراد: 105-106

مقاومت در برابر حرارت: 108-110

تنش کششی: 12-16

سختی برینل، MPa: 0.14-0.25

ü     HDPE

درجه بلورینگی %: 85

چگالی، g/cm³: 0.94-0.95

نقطه ذوب، درجه سانتیگراد: 120-125

مقاومت در برابر حرارت: 120-128

تنش کششی: 22-32

سختی برینل، MPa: 0.45-0.58

ü     PESD

درجه بلورینگی %: 90

چگالی، g/cm³: 0.95-0.97

نقطه ذوب، درجه سانتیگراد: 127-130

مقاومت در برابر حرارت: 128-133

تنش کششی: 25-40

سختی برینل MPa:

0.56-0.65

نرم ترین LDPE است که استفاده از آن را برای ساخت مخازن پلی اتیلن تعیین می کند. مخازن ساخته شده از پلی اتیلن با چگالی متوسط ​​می توانند در دماهای بسیار پایین (تا 120- درجه) کار کنند، دارای بالاترین مقاومت حرارتی و استحکام کششی هستند، اما حذف تنش های داخلی محصولات PESD در دمای 90-100 انجام می شود. درجه سانتی گراد با قرار گرفتن در معرض 5-6 ساعت، در حالی که تنش های داخلی در محصولات HDPE را می توان با نگه داشتن 12-18 ساعت در دمای 10-15 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای عملیاتی کاهش داد، که برای مخازن با اندازه بزرگ کاملاً مناسب است و  نقطه ضعف کلیدی پلی اتیلن به عنوان یک ماده ساختاری، پیری سریع و شدید آن است که برای حذف جزئی آن عوامل ضد پیری (عوامل ضد پیری) - فنل ها، آمین ها، کربن سیاه به پلیمر اضافه می شود.

مخزن پلی پروپیلن:

پلی پروپیلن به دلیل توانایی خوب در همجوشی شیمیایی-فیزیکی و هزینه نسبتاً کم، به طور گسترده ای برای ساخت مخازن از جمله مخازن با اندازه بزرگ استفاده می شود، اما در دماهای پایین، مانند تمام ترموپلاستیک ها، پلی پروپیلن بسیار سخت و سفت، اما شکننده است. مواد با افزایش دما نرم می شود، انعطاف پذیر و چسبناک می شود، که استفاده از سخت شدن را برای تقویت محصول ضروری می کند. در مخازن پلی پروپیلن در اندازه های بزرگ - اقدامات اضافی برای افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل در هنگام فشار (ناشی از ضربه) انجام می شود.

مخازن پلی پروپیلنی با محدودیت‌های مجاز تغییر شکل معین را می‌توان با بازپخت (حرارت تا 130 درجه سانتی‌گراد و سپس خنک‌کردن آهسته تا 40 درجه سانتی‌گراد) تثبیت (در شکل و خواص) و سخت شدن (گرم کردن و نگهداری به مدت 30 دقیقه در دمای 90 درجه سانتی‌گراد) تولید نمود. با این حال، معمولاً همیشه برای مخازن، به دلیل ساخت چند لایه یک مخزن پلی پروپیلن با یک لایه بیرونی - یک فرم شیاردار یا یک لایه فایبرگلاس (ورقه های دو لایه - یک لایه پایه پلی پروپیلن) با تقویت بیرونی فایبرگلاس مبتنی بر فایبرگلاس و الیگومرهای پخته شده (یا رزین ها) - رزین های پلی استر، فنل فرمالدئید (فنولیک)، ملامین فرمالدئید (ملامین)، اپوکسی یا رزین های ارگانوسیلیکن استفاده می شود.

الیگومرهای قابل درمان برای ظروف فایبر گلاس (لایه بیرونی لمینت های دو لایه) بسته به هدف اولیه، خواص و هزینه رزین های ترموست انتخاب می شوند. جهت کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با مخزن پلی پروپیلن، مخزن پلی اتیلن، مخزن فایبرگلاس به وب سایت سازآب مراجعه نمایید.